固体物理第一章 晶体结构ppt课件

非晶体：在微米级范围内粒子无 序排列（长程无序）形成的固体
非晶态固体又叫做过冷液体，它们 在凝结过程中不经过结晶（即有序 化）的阶段，非晶体中粒子与粒子 的结合是无规则的
Be2O3玻璃中的粒子只有近邻的范围 内粒子间保持着一定的短程有序，但 隔开三、四个粒子后就不再保持这种 关系，由于键角键长的畸变破坏了长 程序，形成无规则网络。
晶体 非晶体 三大类 准晶体
晶体：至少在微米级范围粒子按Fra Baidu bibliotek定规则周
期有序排列（长程有序）形成的固体
组 成 Be2O3 晶 体 的 粒子在空间的排列
具有“平移对称＋旋转对称性”的特
具有周期性，是长 程有序的。
点
单晶：整块固体中粒子均是规则、周期排列。
多晶：由大量微小单晶粒组成。每个晶粒内粒子规
则排列，而各个晶粒间粒子排列取向不同。 .
个对应的晶面间夹角恒定不变，称为面角守
恒定律
例如：石英晶体的m与m两面夹角为60o0’ m与R面之间的夹 角为38o13’，m与r面的夹角为38o13’ 等。
.
人造的石英晶体
五、 晶体其它特征
1) 晶体有确定的熔点 熔点是指晶态固体的长称有序解体时所对应的温度
例如：冰 0℃ NaCl 800℃
2) 物理性质的各向异性
2）类似排列形成另一原子层，计为Ｂ 原子层。
3）将B层的球放在Ａ层相间的3个空 隙里，B层每个球和A层三个球紧密 相切，如图。
由于外界条件和偶然情况不同，同一类型的晶体，其外形不 理 尽相同。图是理想石英晶体和一种人造的石英晶体的外形。 想
可以看到，由于外界条件的差异，晶体中某组晶面可以相 的
对地变小、甚至消失。所以，晶体中晶面的大小和形状并 不是表征晶体类型的固有特征。
石 英
b) 晶面间的夹角是晶体品种的特征因素
晶
属于同一品种的晶体，无论其外形如何，两 体
如果晶体由两种或两种 以上的元素组成，即组 成晶体的原子小球大小 不等，则不可能有密堆 积结构，这时的配位数 小于12。
CeCl型结构
.
配位数为8
§1.3 一些晶体的实例 1、 简单立方
1）将原子球在一个平面内 按正方排列形成原子层
2）将原子层按图所示沿垂 直层面方向叠加起来就得到 简单立方结构，其最小的重 复结构单元（原胞）如图
四面体结构 链状结构
.
一个原子周围最近邻的原子数，称为配位数 可以被用来描述晶体中粒子排列的紧密程度 晶体结构中最大配位数是 12 ，以下依次是8 、6、4、3、2 密堆积——晶体内全同原子小圆球最紧密的堆积。 密堆积配位数为12，堆积方式有两种方式：立方和六角密积
.
在实际的由同种元素构成的晶体中，如果无特殊要求，晶 体的配位数都很高，其中六角密积占31％，立方密积占26 ％，说明晶体一般是按最紧密的方式堆积的。
Fe体心立方晶格结构
.
3、 面心立方
面心立方晶体的原胞和简单立方相似， 所不同的是，除立方体顶角上有原子外， 在立方体的六个面的中心还有六个原子。
用原点表示原子的位置，即得到面 心立方格子
贵金属（如Cu、Al、Ni等）具有面心 立方结构。
配位数为12
.
4、 六角密积结构
1）原子球平铺在平面上，任意一个球 都与六个球相切，每三个相切的球的中 心构成一等边三角形，且每个球的周围 有六个空隙，这样构成一原子层，计为 Ａ原子层。
3）用原点表示原子的位置，即得 到体心立方格子
配位. 数为8
体心立方晶格中，A层中原子球的距离等于A-A
层间的距离，由此可计算出Ａ层原子球的间隙
Ａ层
2 r 0 2 2 r 0 2 2 r 0 2 4 r 0 2
Ｂ层
V 0.31r0 r0为原子球半径
Ａ层
Li、Na、K、Rb、Cs、Fe等金属为 典型的具有体心立方晶格的金属
准晶体：无周期平移不变性但有某些取向旋转对称性
1984年Shechtman等用快速冷却方法制备 AlMn合金，经对电子衍射谱分析，发现有 五重对称（旋转2/5）的衍射斑点分布的存 在，导致一种新的有序相准晶 (quasicrystal)的发现。
以后不作特别说明，所说“晶体. ”指“完整的单晶体或理想晶体。
晶面往往组合成晶带，如图中的a-1-c-2
晶带由若干个晶面组成，相邻晶面的交线称为晶棱， 晶带的特点是所有的晶棱相互平行，其共同的方向称 为晶带的带轴，通常所说的晶.轴是重要的带轴。
四、 晶体品种的特征因素
晶体外形中，只受内在结构决定 而不受外界条件影响的因素称为 晶体品种的特征因素。
a) 晶体的大小和形状不是晶体品种的特征因素
例如：La2-xBaxCuO4
// =
H // c2
?
H
c2
.
§1.2 配位数和密堆积
原子在晶体中的平衡位置，排列应该采取尽可能的 紧密方式，相应于结合能最低的位置，见下章
把原子看成一个个小球，看这些小球如何堆积， 不同的堆积方式，可以得到不同的晶体结构。
六角密积结构
CeCl型结构
.
NaCl型结构 层状结构
二、 晶体的外形特征
晶体最显著的特征是晶面有规则、对称地配置。
一个理想完整的晶体，相应的晶面的面积相等。 外形的对称性是晶体内部粒子间有序排列的反映
三、 晶体的解理性
指的是晶体具有沿某些确 定方位的晶面劈裂的性质
相应的晶面称为晶体的解理面，显露在 晶体外面的晶面往往是一些解理面。
晶体容易沿解理面劈裂，说明平行于解理面的原子层之 间的结合力弱，意味着平行解理面的原子层的间距大。
3）用原点表示原子的位置， 即得到简单立方格子
. 配位数为6
原子层 原子层 原子层
2、 体心立方
1）原子球按正方形式铺开形成一原 子层，计为Ａ原子层，类似排列形成 另一原子层，计为Ｂ原子层
2）将B层原子放在Ａ层四个原子的 间隙里，第二层的每个球和第一层的 四个球紧密相切，如图，按AB AB AB ….次序沿垂直于层面方向叠加起 来就得到体心立方。体心立方原胞如 图所示
第一章 晶体结构
§1.1 晶体特征
晶体的结构特征及其描述
§1.2 配位数和密堆积
§1.3 一些晶体的实例
§1.4 空间点阵
§1.5 晶格周期性的描述
§1.6 典型晶体结构的原胞和晶胞 §1.7 晶向 晶面及标记
§1.8 晶体宏观对称性及其对称操作
§1.9 七大晶系 14种原胞
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§1.1 晶体特征
一、 内部结构特征 按内部结构特点可分为